REPORTOFHYDROGRAPHICRESEARCHESNO.4 , DECEMBER,1968 海水のケイ酸塩分析上の問題点日向野良治 SOMEPROBLEMSONTHESILICATEANALYSISMETHOD FORSEAWATER Ryoji Higano Received1 5August,1 9 6 8 Abstract The molybdenum yellow method (Robinson, R .J . and T .G . Thompson, 1948 and e n e r a l l ya p p l i e df o rs i l i c a t ea n a l y s i s OceanographicalS o c i e t yo fJ a p a n , 1963) has been g o f seawateri nt h es e r i a loceanographico b s e r v a t i o n si nJ a p a n . However, i t seems t h i s 札J ! e m st obe solved concerning reagent c o n c e n t r a t i o n s and standard methodhassomep r s o l u t i o n s . Thisr e p o r ti sanexperimentalstudyont h emolybdenumyellowmethodf o rt h ea n a l y s i so fr e a c t i v es i l i c a t ei ns e aw a t e r . O p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h o t o e l e c t r i cc o l o r i m e t e rf o rs i l i c a t 巴a n a l y s i sande 任巴c t s o f reag 巴n tc o n c e n t r a t i o n , temperatureand s a l t si n sample s o l u t i o n on c o l o r development o f molybdenumyellow wereexaminedand a l s od i f f e r e n c eo f absorbancy between sodium s i l i c a t estandards o l u t i o nandpotassiumchromates o l u t i o nwasc h e c k e d . Fromt h e s eexperimentalr e s u l t s ,i ti sconcludedt h a tsomec o r r e c t i o n must be added 巴d by a p h o t o e l e c t r i cc o l o r i m e t e r which was a ssoona sp o s s i b l et os i l i c a t e data o b t a i n c a l i b r a t e dwithpotassiumchromate s o l u t i o na st h es t a n d a r d . 1 . まえがき海水中のケイ酸を定量するには，鋭敏な方法ーもあるが（ STRICKLAND and PARSONS 1965）試薬の安定性と分析の再現性，更にケイ酸の濃度変化と吸光度の適当な変化量等の観点から普通は，酸性でモリブデン貫主アンモニウム試薬〈この報告では，以後この試薬を Mo試薬で表わす．〉と反応させて生じる黄色のケイモリフ、デ γ酸溶液の吸光度を，光電比色計又は分光光度計で測定し，標準溶液の吸光度と比較することによりケイ酸の濃度を求めている．現在まで日本の海洋観測で使われてきたケイ酸塩分析法は，海洋観i f f l H 首針〈日本海洋学会編1963）に基づくもので，この方法で求めた一連の観測値は一見非常に信頼性が高いようであるが，同一海域でも異なった観測者によるケイ酸塩分析値〈南極海等〉との聞に割合大きな濃度差が見られる．著者は，これまでの海象観測の際行なったケイ酸塩分析の経験ならびに水中のケイ酸塩分析に関する報告等から海洋観測指針に記載されたケイ酸塩分析法では試薬濃度，標準溶液などで問題点があるものと考えており，昭和4 2 年春の日本海洋学特別委員会下部組織の国際黒潮共同調査，化学 WORKINGGROUP の会合の係，資料の 1部を提出し，著者以外の方々の再検討の要望を述べたがケイ酸塩の分析法に関しては， WORKINGGROUP として 1つにまとめて発表するような意見が出されたままいまだに結論が得られてない． 2 1 RYOJIHIGANO 2 2 この問題の一部には，これまで行なわれた海象観測の際測定されたケイ酸塩のデータについて修正の必要性が含まれている．したがって分析上の問題の要点に関して著者の実験室で得られた結果について述べ参考に供したいと思う． 2 . 使用器機ならびに試薬 1 ) 目立分光光度計 APU-Il型 2 ) 東京光電式比色計 ANA-RlOOD 3 ）試薬モリフ、デン駿アンモニウム i 袋硫酸クロム酸カリウム無水ケイ酸ケイ酸塩標準溶液試薬純度特級小宗化学薬品会社製 / / / / / / / / / / / / / / / / / / 相撲中央化学研究所製」、 hu ロ岬 A﹄む凶﹄司ミ＼＼モふ＼．＼＼．＼・＼・ 300 wavel e n g t h (m . u ) 400 、、F i " g . 1 500 600 n t e n s i t ys p e c t r u mo ft h ed i r e c tr a yf r o m at u n g s t e nl a m p . I -I I n t e n s i t ys p e c t r u mo ft h ef i t e r e dr a yf r o m at u n g s t e nl a m p with I I t h eN o .42f i l t e r . I I I : : _ _ _ A b s o r p t i o ns p e c t r u mo fs i l i c o m o l y b d a t ei ns e aw a t e rs a m p l e . IV -Absorption s p e c t i ' u mo fp o t a s s i u mc h r o m a t es o l u t i o n .(pH=9.5) o l u t i o n . V A b s o r p t i o ns p e c t r u mo fm o l y b d a t巴 s 3 .実験 1 ) 測器について J .G .Y .観測以来，海象観測の栄養塩分析では，その使用の便利さからわが国、ではもっぱら東京光電式比色計（計録昔｜付〉が用いられてきた・したがって，この計擦についてケイ酸塩分析上の光学的特性を検討しておく必要があった・ SOMEPROBLEMSO N THESILICATEANALYSISMETHODFORSEA WATER 2 3 F i g .1 . Iは分光光度計のタングステンランプ光源からの放射エネルギースベクトルを，内蔵のアンチモンセシウム光電管本でj J ! l j定して得られた波長と光の強度との関係である． F i g .1 .I Iは分光光度計の光源部のスリットに東京光電式比色計に内蔵された N o .4 2のフィルターを置き，このフィルターを透過した光が分光器を透過した後の強度スベクトルを求めたものである．この図からわかるように，たとえ，フィルター自身は 420m μ，付近に最大の透過域を持つ特性を備えていても光i 原の強度スベクトルの最強部は 510m μ，付近にあるため，実際の試水への入射光は波長 450m μ，付近に最強部があり，この最強部に対して 1 0 9 6以上の強さの波長域は 3 7 0∼500mμ，となっている． F i g .1 .i l lは，外洋表層海水にケイ酸ソー夕、溶液を加えて S i = 2 0 0 μ , ga t / 1に調製した試水に，硫酸および Mo試薬を加えて生じたケイモリブデン貫主の純水に対する吸収曲線である． F i g .1 . Vは，海水に硫酸を加えず， Mo試薬だけを加えたときに Mo試薬によって起こる吸収を純水に対して求めたものである．これから波長 380m μ，以下の領域では， Mo試薬自身の吸収があり，波長の減少とともに吸収は増大し， 310mμ，で吸収はほとんど無限大となっている．ケイモリア手テ、ン酸が存在するときの吸収は， Mo試薬自身の吸収より約 lOOmμ，長い波長倶u にかたより， 4 8 0 mμ ，以下の領域で吸収が起こる．したがって，分光光度計で測定するときには， 3 8 0 i nμ，付近の波長域を選べばよいことになるが，吸収曲線の 30 0 . 2 5ト20 吋ヒ I J 3 w 口 huロ咽﹄﹄申凶﹄司41111 同トロ 0 < . ) Q) 』』 0 < . ) 1 5 0 r e a d i n go fS ic o n c e n t r a t i o n ( . ¥ l g a t / I ) 50 100 F i g . 2 .R e la t i o nb e tween a b s o r b a n c ya n d F i g . 3 . Ac o r r e c t i o nc u r v ef o r o n c e n t r a t i o no ft h e" S is i l ic a t巴 c s i l i c a t ed a t ao b t a i n e d by s t a d a r ds o l u t i o n a n d K2Cr04 “ TOKYOKODEN-t y p e7” s o l u t i o na st h ev a l u e so f378mg c o l o r i m a t e r which wasc a l i ・ 04/l=1 mg a to fSi/1~ o f KzC1 b r a t e dw i t h K2Cr04s o l . RYOJIHIGANO 24 勾配が大きいので光源や分光器の角度のわずかな変化によっても起こりうる波長変動の影響を考慮する必要があろう． F i g .1 . IVは，開砂を加えて pH=9.5に調節したクロム酸カリウム溶液の吸収曲線で，最大吸収は 370mμ, 付近にあり，波長 4 0 0 m / . L以上の吸収は，ケイモリデデ γ殴のそれに似ている．しかし 3 7 0 m / . Lより短波長側では，吸収は減少し， 3 0 0 m / . L付近での吸収はほとんどみられない．タングステンラソプに No. 42のフィノレターの組み合せでこれらを計るときには，波長の減少とともに強度も低下し波長が 3 2 0 m / . L以下の領域ではほとんど光は検知で、きず，クロム酸カリウム溶液とケイモリブデソ貫主のそれぞれの吸収はきわめて類似したものとなる．しかしこの両者について，測定波長域の吸収の量を比較するとき，フィノレターの最大透過波長域が長い波長候I ］にあるかあるいは，短い波長倶｜］に傾いているかで，クロム貫主カリウムの吸収に対するケイモリブデ γ酸の吸収の割合が大きく変化する．すなわち，ブイルターの最大透過波長が長波長側の場合は，ケイモリブ、デ、 γ貫主に I がカットされるので，クロム酸の吸収とケイモリブデン酸の吸収の割合は比較的一定であよる吸収の短波長倶] る．さらに長波長側に傾けると試水への入射光の一部しか吸収に利用されず検量線は曲線となって高濃度領域の分析精度が低下する．透過波長域が短波長側の場合には，クロム酸の吸収に対してケイモリブデ γ酸の吸収は大きくなり，同じ吸光度を示すときのクロム臣賞の濃度とケイモリブデン酸の濃度との比率は，波長の選び方で大きく変化するようになる．したがって， Fロム酸カリウム溶液をケイ散の代用標爺溶液として使用する場合には，測定波長域や受光器の特性を指定しなければ河者の量的関係は定まらず，また，上記のように長波長侭！の透過域を利用する場合に 5 0 40 30』・次ド Cココ C ま20 込みロ帽 + ' ~ ふ4 ~ " ' 帽 1 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 一一→ 6N-H2S04(ml) F i g . 4 .E f f e c to ft h e amountso fa d d e dH2S04 a n d 10% ammodum m o l y b d a t es o l u t i o no n c o l o rd e v e l o p m e n to fs i l i c o m o l y b d a t ef o r s e aw a t e rs a m p l e . ＊短波長側で感度が高いので長波長側の強度は実際より幾分かおさえられた形に現われている． SOMEPROBLEkISO N THESILICATEANALYSISMETHODFORSEA WATER 2 5 は，濃度によっても量的関係は変化するので，海洋観測指針に指定されたようなクロム酸カリウムとケイ酸の濃度関係は大きく修正されるべきである．また，この指針に従い，東京光電式比色計で測定したこれまでのケイ酸測定値はすべて，ケイ酸とクロム酸カリウムの標準溶液の濃度関係図叉は表により補正されなければならない． . 1 0 t o8 ¥ ＼ふ小ι 2＼ ∼y . ， ∼ . •~－ " '.σv['.) 、、J～• (oV ~ 同「1 ( ¥ .‘~~ え『』＂－，，·~ 、 ' b ∼ ∼ ・ ∼ 『y へν ヘT 宇品店仏 −−−−−∼ー斗Lーーミデ砕司 ii ー 3~ － H2SO~ （ml) ／~oo ml o! sample~ F i g . 5 . Rela t i o n between pH o fs e a waterand amountso fadded H2S04t osampl. 2 ) 試薬濃度について .は，ケイ酸ソー夕、原準i 容液を海水で稀釈し，ケイ酸濃度 Si=1 8 0 / . t g a t / l (pH=S.0 ）として 1 週間放 F i g .4 置後上澄液を分離し，これをよくかきまぜてから試水としたもので，この試水に，硫酸ならびに Mo試薬を加 J l J；乏し，試薬濃度と吸光度との関係を求めたものである．え， 3 0分後東京光電比色計でその吸光度を i この図から，試水に加える試薬の盈が増せば加える硫酸ならびに Mo試薬の盈が多少変化しても試水の吸光度におよぼす影響がほとんどみられなくなる．また，発色の長良条件が得ら jLるための硫酸と Mo試薬の注加割合は，海洋観測指針の 6N−硫酸 0 .2 5 m l ,1 0 5 ' 6Mo試薬 0.5mlでは最大合収を示す領域が狭いので，海上に 0 9 6Mo試薬の 0 . 7 5 おける実験操作や Mo試薬の濃度変化等を考えると不適当であり， 6N硫酸 0 . 5∼l m l , 1 ∼2mlの組み合せが適していることがわかる＊．試薬濃度の高い領域では， Mo試薬が pHの緩衝剤として働くこと， βケイモリブデン酸の生成に有効に作用するためて、あろう． 3 ) 塩類誤差について上記試薬濃度の実験からみると， 50mlの試水に対し 10%Mo試薬の 7 .5mlと3N硫酸の lmlを加えるときすでに相当安定した吸光度が得られるはずであり，不必要な過剰試薬の使用は避けなければならない．しかし，試薬濃度の低いところでは，吸光度が試水の泡分の変化によってある程度影響を受けるためこの温類誤差を一定にする手段の 1っとして試薬濃度を幾分高めることが考えられる． F i g . 6. は，試薬濃度を l!X:L~ 条件の割合のまま硫酸と Mo 試薬の濃度を変えたときの塩類誤差への影響を表わしたものである．錫鍍金の蒸i 留日告で得た蒸溜水で、調製したケイ酸ソータ標準液と外洋海水で、稀釈した標準液とについて調べたもので， 50mlの試水に対し， 6N硫酸 0 .S m l , 10%Mo~ 薬 1. 5mlの試薬濃度以上の領域＊相撲中央化学研究所研究員によっても海水中のケイ酸塩分析に関する実験が行なわれ，試薬濃度に関しては，試水 50mlに対し，硫酸（1:9 )2mlと1 0 9 百Mo試薬 2 mlを注加することに結論されている. (Compiled byK. Sugawara1 9 6 8 ) . また，岩崎（1 9 6 0）および加藤，北野（1 9 6 7）等の提唱している試水中の試薬濃度においても， 50mlの試水に対し 6N−硫酸の 2mlと1096Mo試薬 2mlを加えるようになっている． 2 6 RYO]IHIGANO 0 . 4 added 1 0% ammoniummolybdate 0 . 5m l j 0 . 7 51 . 0m l 1 . 5 2 . 02 . 5m l JJ J~ ~ d i l u t e dwithd i s t i l l e d w a t e r ・ーーーーー− ー｛一一一＝＝二二二二二．・，，，ー・・ーーー一 − ゐ~~ ~戸て 0 . 3 the o c e a nw , , . . , . ／ふいv ゆ－.；•~－ a d d e d6N H2S04(ml)/5 0m lo fs a m p l e 0 ; 5 1 . 0 F i g . 6 .R e la t i o nbetween s a l t se f f e c ta n dr e . 1 g e n t c o n c e n t r a t i o no nc o l o rd e v e l o p m e n to fs i l i c o m o l y b d a t ef o rs e awater s a m p l e . でf . f , [ J f 司誤差と試薬濃度との関係はほとんど一定となっている．この蒸溜水で稀釈したケイ駿標準溶液と外洋海水（海水自身のケイ酸含量は零に補正した）で稀釈したケイ 0誌類誤差〉は，東京光電式j七色計ーで測定した場合は，ケイ西空の濃度によっても変化するが，高濃度領域で、 2∼39Gr こ相当する．酸盗溶液の吸光度差 0 m lに対して 2ml 以上の実験から試薬濃度としては， 2096Mo試薬 1容と 6N硫酸の 1容の混合液を，試水 5 j 主加すれば適当であると考えられる．この混合試薬は， i 渚所に保存すれば半年以内は安定で、ある．またここで使用した漂準溶液は相撲中央化学研究所で調製されたケイ敗塩原 i ¥ l i溶液と J t 1 J 浸して一致していた． 0 . 2 30。C ロ . 8 ~ . . 0 ン ~号炉酔一一当局ト、にJ t 10.1 ー t i m e ( m i n ) 国 γ1p 2 , 0 3 p F i g .7 . Temperaturee f f e c to nc o l o rd e v e l o p m e n t fs i l i c o m o l v b d a t ef o rs e aw a t e r . 。 4 ) 温度効果について .は， 1 0 ° C ,2 0 ° cおよび 3 0 ° Cに保った試水 5 0 0 m lに対し， 3NH2S04の l O m lと7 .5 9 百Mo試薬の l O m l F i g .7 を加えたときの試水の吸光度〈東京光電比色計使用）と試薬注加後の経過時間との関係である．汲光度の短大｛直も低く，試水i 昆度が高いときは，発色直後の吸光度はこの図から，試水温度が低いときは， l 大きいが，生成したβ ヶイモリブデン般が αモリブデン自主に移行してしまうため時間の経過とともに吸光度の減少が著しく，安定した領域がみられない． 0 ° c付近では，試薬注加後 1 0分ぐらし、から害J i 合安定し， 2 0 ∼3 0分間では吸光度にしてー 1%程試水｛鼠）交が 2 SOMEPROBLEMSO N THESILICATEANALYSISMETHODFORSEA WATER 2 7 度の変化に過ぎない．以上のような温度の影響は，試薬濃度が更に低い海洋観測指針に記載された方法による場合でもほとんど同じであり，硫酸と Mo試薬の割合がケイモリブデソ殺の生成に適した条件であるときには，同じような温度効果がみられるのであろう． 4 .結論海水のケイ酸塩を測定するため，光電i 七色計を使ってケイモリブデン酸の比色分析を行なうときには，ケイ酸の代用標準溶液としてのクロム自主カリウムだけを使用せず，実際のケイ酸標準溶液をあわせて測定し，それぞれの溶液の濃度と吸光度との関係を求めておく必要がある．また，東京光電式上七色計を用いクロム酸カリウムの代用標準溶液を使ったこれまでのケイ酸塩定量｛直には， 3 ∼5割の正の補正を加えなければならない．ケイ酸塩分析の最適試薬濃度は， 50mlの海水に対して， 6N硫酸と 2096Mo試薬の等容混合液の 2mlを注加：で2 0分放置後その吸光度を測定するのが適当である．し，約 20°C− （海象課〉参考文献 CompiledbyK. Sugawara 1 9 6 8 , " S i l i c a t aS iStandard S o l u t i o n s " Progress Report o ft h e Preparationo fC . S . K .StandardChemicalS o l u t i o nPart I I May1 9 6 8 .( S c r i p s Oceanographic I n s t i t u t i o n で開催された SCOR, ICSU の Workinggroup 第 1回会議で発表〉岩崎岩次 1 9 6 0，“水中のシリカの光度定量”分析化学 9 , No.2 ,1 8 4 加藤喜久雄，北野康 1 9 6 7 ，“ケイモリブデ γ自主比色における塩類誤差ならびに無定形ケイ酸の潟水における溶解速度および溶解度について” 日本海洋学会日本海洋学会 4 2 年度春季大会講演，昭和 4 2年 4月 9日． 1 9 6 3，海洋観測指針 Robinson R .J . andT.G. Thompson 1 9 4 8 , "The determination o fs i l i c a t ei n sea water” ] o u r .Mai ’ i n eR e s e r c l z7 .4 9 ,1 9 5 9 . .D.狂. andT.R. Parsons 1 9 6 5 , "A manual o f sea watera n a l y s i s "F i s h e r i e s S t r i c k l a n dJ 9 6 5 . ResearchBoardo fCanada 1